8 tuuman LNOI (LiNbO3 eristeellä) kiekko optisille modulaattoreille, aaltojohteille ja integroiduille piireille
Yksityiskohtainen kaavio
Johdanto
Litiumniobaatti eristeellä (LNOI) -kiekot ovat huippuluokan materiaali, jota käytetään useissa edistyneissä optisissa ja elektronisissa sovelluksissa. Nämä kiekot valmistetaan siirtämällä ohut kerros litiumniobaattia (LiNbO₃) eristävälle alustalle, tyypillisesti piille tai muulle sopivalle materiaalille, käyttämällä kehittyneitä tekniikoita, kuten ioni-istutusta ja kiekkojen liimausta. LNOI-teknologialla on monia yhtäläisyyksiä pii eristeellä (SOI) -kiekkoteknologian kanssa, mutta se hyödyntää litiumniobaatin ainutlaatuisia optisia ominaisuuksia. Niobaatti tunnetaan pietsosähköisistä, pyrosähköisistä ja epälineaarisista optisista ominaisuuksistaan.
LNOI-kiekot ovat saaneet merkittävää huomiota esimerkiksi integroidun optiikan, televiestinnän ja kvanttilaskennan aloilla niiden erinomaisen suorituskyvyn ansiosta suurtaajuus- ja suurnopeussovelluksissa. Kiekot valmistetaan "Smart-cut"-tekniikalla, joka mahdollistaa litiumniobaattiohutkalvon paksuuden tarkan hallinnan varmistaen, että kiekot täyttävät eri sovellusten vaaditut ominaisuudet.
Periaate
LNOI-kiekkojen valmistusprosessi alkaa litiumniobaattikiteestä. Kiteeseen asennetaan ioni-implantaatio, jossa korkeaenergisiä heliumioneja tuodaan litiumniobaattikiteen pintaan. Nämä ionit tunkeutuvat kiteeseen tiettyyn syvyyteen ja häiritsevät kiderakennetta luoden hauraan tason, jota voidaan myöhemmin käyttää kiteen erottamiseen ohuiksi kerroksiksi. Heliumionien ominaisenergia säätelee implantaatiosyvyyttä, mikä vaikuttaa suoraan lopullisen litiumniobaattikerroksen paksuuteen.
Ioni-istutuksen jälkeen litiumniobaattikide liimataan substraattiin tekniikalla, jota kutsutaan kiekkojen liimaukseksi. Liimausprosessissa käytetään tyypillisesti suoraa liimausmenetelmää, jossa kaksi pintaa (ioni-istutettu litiumniobaattikide ja substraatti) puristetaan yhteen korkeassa lämpötilassa ja paineessa vahvan sidoksen luomiseksi. Joissakin tapauksissa lisätukea varten voidaan käyttää liima-ainetta, kuten bentsosyklobuteenia (BCB).
Liimauksen jälkeen kiekko käy läpi hehkutusprosessin, jossa korjataan ioni-istutuksen aiheuttamat vauriot ja parannetaan kerrosten välistä sidosta. Hehkutusprosessi auttaa myös ohutta litiumniobaattikerrosta irtoamaan alkuperäisestä kiteestä, jolloin jäljelle jää ohut, korkealaatuinen litiumniobaattikerros, jota voidaan käyttää laitteiden valmistuksessa.
Tekniset tiedot
LNOI-kiekoille on ominaista useita tärkeitä ominaisuuksia, jotka varmistavat niiden soveltuvuuden korkean suorituskyvyn sovelluksiin. Näitä ovat:
Materiaalitiedot
| Materiaali | Tekniset tiedot |
| Materiaali | Homogeeninen: LiNbO3 |
| Materiaalin laatu | Kuplia tai sulkeumia <100 μm |
| Suuntautuminen | Y-leikkaus ±0,2° |
| Tiheys | 4,65 g/cm³ |
| Curie-lämpötila | 1142 ±1 °C |
| Läpinäkyvyys | >95 % 450–700 nm:n alueella (10 mm:n paksuus) |
Valmistustiedot
| Parametri | Tekniset tiedot |
| Halkaisija | 150 mm ±0,2 mm |
| Paksuus | 350 μm ±10 μm |
| Tasaisuus | <1,3 μm |
| Kokonaispaksuuden vaihtelu (TTV) | Vääristymä <70 μm @ 150 mm kiekko |
| Paikallinen paksuuden vaihtelu (LTV) | <70 μm @ 150 mm kiekko |
| Karheus | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS-arvo) |
| Pinnan laatu | 40-20 |
| Hiukkaset (ei poistettavissa) | 100–200 μm ≤3 hiukkasta |
| Sipsit | <300 μm (täysi kiekko, ei poissulkemisvyöhykettä) |
| Halkeamat | Ei halkeamia (täysi kiekko) |
| Saastuminen | Ei poistettavia tahroja (koko kiekko) |
| Rinnakkaisuus | <30 kaarisekuntia |
| Suunnan vertailutaso (X-akseli) | 47 ±2 mm |
Sovellukset
LNOI-kiekkoja käytetään monenlaisissa sovelluksissa niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta, erityisesti fotoniikan, televiestinnän ja kvanttiteknologioiden aloilla. Joitakin keskeisiä sovelluksia ovat:
Integroitu optiikka:LNOI-kiekkoja käytetään laajalti integroiduissa optisissa piireissä, joissa ne mahdollistavat tehokkaiden fotonisten laitteiden, kuten modulaattoreiden, aaltojohteiden ja resonaattoreiden, valmistuksen. Litiumniobaatin korkeat epälineaariset optiset ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen valinnan sovelluksiin, jotka vaativat tehokasta valonkäsittelyä.
Televiestintä:LNOI-kiekkoja käytetään optisissa modulaattoreissa, jotka ovat olennaisia komponentteja nopeissa tietoliikennejärjestelmissä, mukaan lukien valokuituverkot. Kyky moduloida valoa korkeilla taajuuksilla tekee LNOI-kiekoista ihanteellisia nykyaikaisiin tietoliikennejärjestelmiin.
Kvanttilaskenta:Kvanttiteknologioissa LNOI-kiekkoja käytetään kvanttitietokoneiden ja kvanttitietoliikennejärjestelmien komponenttien valmistukseen. LNOI:n epälineaarisia optisia ominaisuuksia hyödynnetään lomittuneiksi fotonipariksi, jotka ovat kriittisiä kvanttiavainten jakelussa ja kvanttikryptografiassa.
Anturit:LNOI-kiekkoja käytetään erilaisissa anturisovelluksissa, mukaan lukien optiset ja akustiset anturit. Niiden kyky olla vuorovaikutuksessa sekä valon että äänen kanssa tekee niistä monipuolisia erityyppisissä anturiteknologioissa.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Mitä on LNOI-teknologia?
A:LNOI-teknologiassa ohut litiumniobaattikalvo siirretään eristävälle alustalle, tyypillisesti piille. Tämä teknologia hyödyntää litiumniobaatin ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten sen korkeita epälineaarisia optisia ominaisuuksia, pietsosähköisyyttä ja pyrosähköisyyttä, mikä tekee siitä ihanteellisen integroituun optiikkaan ja tietoliikenteeseen.
Q:Mitä eroa on LNOI- ja SOI-kiekoilla?
A: Sekä LNOI- että SOI-kiekot ovat samankaltaisia siinä mielessä, että ne koostuvat ohuesta materiaalikerroksesta, joka on kiinnitetty substraattiin. LNOI-kiekoissa käytetään kuitenkin litiumniobaattia ohutkalvomateriaalina, kun taas SOI-kiekoissa käytetään piitä. Keskeinen ero on ohutkalvomateriaalin ominaisuuksissa, sillä LNOI tarjoaa erinomaiset optiset ja pietsosähköiset ominaisuudet.
Q:Mitä etuja LNOI-kiekkojen käytöstä on?
A: LNOI-kiekkojen tärkeimpiä etuja ovat niiden erinomaiset optiset ominaisuudet, kuten suuret epälineaariset optiset kertoimet, ja mekaaninen kestävyys. Nämä ominaisuudet tekevät LNOI-kiekoista ihanteellisia käytettäväksi suurnopeus-, suurtaajuus- ja kvanttisovelluksissa.
Q:Voidaanko LNOI-kiekkoja käyttää kvanttisovelluksissa?
V: Kyllä, LNOI-kiekkoja käytetään laajalti kvanttiteknologioissa, koska ne pystyvät tuottamaan lomittuneita fotonipareja ja ovat yhteensopivia integroidun fotoniikan kanssa. Nämä ominaisuudet ovat ratkaisevan tärkeitä kvanttilaskennan, tietoliikenteen ja kryptografian sovelluksissa.
Q:Mikä on LNOI-kalvojen tyypillinen paksuus?
A:LNOI-kalvojen paksuus vaihtelee tyypillisesti muutamasta sadasta nanometristä useisiin mikrometreihin käyttökohteesta riippuen. Paksuutta säädetään ioni-istutusprosessin aikana.
